[发明专利]一种弱胶结软岩取芯装置及方法

权利要求书

1.一种弱胶结软岩取芯装置，其特征在于，取芯机框架、液压升降模组、电机模组、主轴、钻头、制冷除湿系统、吸尘系统、柔性透明罩和岩块固定装置；取芯机框架包含顶部桁架、立柱、高度调节装置和底座，取芯过程中利用立柱上的高度调节装置来调整取芯机高度，使其与软岩尺寸相匹配；液压升降模组包括注油模块、流量监测模块以及内部的伸缩油缸，油缸与顶部桁架和电机模组相连接，用于控制钻头匀速地升降；钻头通过顶部固定螺纹与主轴固定，电机带动其转动，并在主轴套筒上用钢箍固定安装柔性透明罩，用来隔绝灰尘、提高制冷效果；底座上的岩块固定装置能很好的将岩石块体固定，防止取芯过程中的失稳。

2.根据权利要求1所述的一种软弱岩石取芯装置，其特征在于，所述立柱上的高度调节装置是由丝杠机构和圆盘摇把手组成，用来调节取芯机的高度以匹配岩块尺寸高度。

3.根据权利要求1所述的一种软弱岩石取芯装置，其特征在于，所述液压升降模组包括注油模块、流量监测模块以及内部伸缩油缸，油缸与顶部桁架和电机模组相连接；通过注油模块和流量监测模块可以控制油缸伸缩，进而控制钻头升降的速度，针对不同岩性施加不同的速度。

4.根据权利要求1所述的一种弱胶结软岩取芯装置，其特征在于，所述钻头通过顶端固定螺纹与主轴固定，电机模组带动主轴和钻头一起转动，而主轴外侧是不随之转动的主轴套筒；套筒外侧用钢箍固定有柔性透明罩，将整个底座上的试件所笼罩，并将透明罩底部通过绳索与岩块固定装置的挡板固定，制造一个封闭的环境，防止漏风；此外，吸尘系统和制冷除湿系统分别通过吸尘管和输气管与透明罩内的环境相通，避免了取芯过程中粉尘的飞扬、降低了钻头取芯过程中的温度。

5.根据权利要求1所述的一种弱胶结软岩取芯装置，其特征在于，所述吸尘系统包括吸尘器，用来吸收取芯过程中的粉尘；制冷除湿系统包括制冷机和除湿器，用来产生干燥的冷气，给钻头和岩块降温。

6.根据权利要求1所述的一种弱胶结软岩取芯装置，其特征在于，所述钻头设有钻刃和表面粗螺纹，易于在岩体内部钻进，并且表面粗螺纹可以将碎屑带出，利于排屑；钻头表面粗螺纹设计减少了钻头与软岩的接触面积，从而减少了热量的产生；钻头上部还开设排屑散热孔，用来排屑和散热；钻头设有钻头顶端固定螺纹，且钻头顶端内部为中空结构；钻头内部安装一垫片，取芯完成后将钻头取下，用顶出柱铁通过垫片将试件取出，避免了敲击钻头取件的二次损伤。

7.根据权利要求1所述的一种弱胶结软岩取芯装置，其特征在于，所述底座岩块固定装置包含前后左右四块挡板，与底座固定焊接；挡板内部设有夹板，夹板上附着一层橡胶垫，在固定软岩时用来减震和防滑；推进螺杆控制夹板沿底座轨槽移动，用来固定不同尺寸的岩块；其中挡板和夹板均为钢制材料。

8.一种软弱岩石取芯方法，根据权利要求1至6任一项所述的一种软弱岩石取芯装置，其特征在于，步骤包括：

第一步，装置调试：

首先将垫片安放在钻头内部，然后通过钻头顶端固定螺纹将钻头安装在主轴上；将岩块放置在底座上，通过底座的推进螺杆和夹板固定岩样；之后调整取芯机立柱上的高度调节装置，使钻头下降到大约与软岩高度相持平的状态；调试液压升降模组，看其能否正常匀速地升降；

第二步，组装工作部件：

在主轴套筒上用钢箍固定安装柔性透明罩，将整个岩石块体笼罩，使其与外界环境隔绝；之后将透明罩底部通过绳索与软岩固定装置的挡板固定，制造一个封闭的环境，防止漏风；将吸尘系统和制冷除湿系统分别通过吸尘管和输气管与透明罩内环境相通，确保输气管与透明罩的连接处紧密，防止漏气影响降温除尘的效果；

第三步，软岩取芯：

打开电机、吸尘系统和制冷除湿系统，调整液压升降系统的速度，使钻头在自转过程中以一个恒定速度下降；钻头取芯过程中将通过钻头表面粗螺纹和排屑散热孔把碎屑排出，柔性透明罩防止粉尘外泄，吸尘系统将粉尘吸纳，制冷除湿系统给钻头和岩块降温，同时避免了空气中的水汽对软岩的影响；

第四步，岩芯取出及装置处理：

当钻头即将钻透岩块时，关闭电源，同时将钻头缓慢提升；钻头脱离岩块后，将其卸下，之后用顶出柱铁通过垫片将试件取出，避免了敲击钻头取芯时的二次破坏；将取出后的试件用保鲜膜包裹，置于阴凉处；最后将液压升降模组复位，并对吸尘系统内的粉尘进行清理，以免对下次使用造成不便。